圖 4-1 標準法碼示意圖
圖 4-2 國內型先行扶手框示意圖
圖 4-3 國內型掛具示意圖
圖 4-4 紅外線測距儀示意圖
圖 4-5 簡易施工架一架間
圖 4-6 500kg 混凝土塊
圖 4-7 底部基座 0.1mx0.5m
二、實驗設計：
本實驗為了克服法碼的加載方向，我們使用取代式鋼管配合鋼索來 達到滑輪的效果，採用的加載方式以五公斤法碼為加載單位(如圖 4-8)，
另外，使用紅外線測距儀來增加其精準度(如圖 4-4)，掛具與扶手框搭設 方式(如圖 4-9)，完成實驗安裝後才可進行實驗，圖 4-10 為加載試驗受 力後之示意圖，因為可以持續加載而不受拉伸距離的限制。
以及設計之底部基座其螺帽具有上下調整 30 公分之微調高度，以克 服對扶手框施力無法達到水平的問題，微調螺帽使扶手框高度與施力鋼 索同高，才不會使實驗時產生偏心，造成實驗結果有所誤差。
圖 4-8 加載實驗示意圖
圖 4-9 搭設方式示意圖
圖 4-10 國內型先行扶手框受力後情形
對此，國內尚未對扶手框強度有詳細規範，所以在此參考日本對於 扶手框試驗規定，施以 30 公斤時,變位不得超過 100 公厘，破壞時之施 加重量不得低於 100 公斤【19】。
4-2 實驗流程與目的
一、實驗流程
(一)先架設簡易施工架並且使其固定 (二)固定掛具於簡易施工架上
(三)設置扶手框於掛具上
(四)設置鋼索於扶手框上並連接至鋼管，調整設計基座高度使鋼索 與地面平行
(六)紀錄實驗結果
二、實驗目的
本研究主要是瞭解先行扶手框設置於施工架上時承受之側向拉力造 成的最大變位值，本實驗利用法碼加載的力量來進行強度測試，所以本 實驗設計一強度高於原本基座之取代基座(如圖 4-11)，以使進行實驗 時，使其側向拉力增加時而架間不產生滑動的現象，也不會影響先行扶 手框之測試結果：
圖 4-11 設計基座安裝後示意圖
4-3 國內型實驗結果
因為測試組數會持續增加，所以實驗前先在扶手框設定編號，以及 電腦紀錄的檔案編號設定，以進行分類來避免人為的遺失或檔案的混 雜。
使用標準法碼持續加載來測試扶手框之位移量、總共實驗三次，實 驗數據如表 4-1、表 4-2、表 4-3，曲線圖(如圖 4-12 至 4-14)，發現破 壞位置與行為皆為扶手框的基腳以及掛具套管頂端。在加載 0-40kg 時，
發現每加上五公斤法碼位移約為 1.1-1.5cm，加載 40-75kg 時，發現每加 上五公斤法碼位移約 2cm，當到達降伏點時，加載五公斤法碼後，位移會 明顯增大許多，並且不持續加載，位移卻會持續增加，即達到降伏。以 下實驗測出扶手框降伏強度為 75-80kg 之間。
表 4-1 載重實驗第一次試驗 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 2 因加載重量，掛具有滑動至固定 10 3.4
15 5 20 6.5 30 9.4
40 12.3 至 40kg，大約每加 5 公斤法碼增加 1.5cm 50 16
60 20.5 65 22.5 70 24.3
75 26.3 至 75kg，大約每加 5 公斤法碼增加 2cm
80 29.8 至 80kg 增加 3.5cm 並持續增加位移，已達到降 伏
荷重-位移圖
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40
位移(cn)
荷 重 (kg)
強度不變 達降伏強度
極限破壞
圖 4-12 載重實驗第一次試驗曲線圖
表 4-2 載重實驗第二次試驗 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 1.4
10 5 因加載重量，掛具有滑動至固定 15 6.4
20 7.5 25 8.6 30 9.6 35 10.9
40 12.1 至 40kg，大約每加 5 公斤法碼增加 1.1cm 45 14.1
50 15.9 55 18 60 19.9 65 22 70 24.1 75 25.9
80 28 至 80kg，大約每加 5 公斤法碼增加 2cm
至 85kg 增加 4.2cm 並持續增加位移，已達到降 85 32.2
荷重-位移圖
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40
位移(cm)
荷重(k g)
極限破壞 強度不變
達降伏強度
圖 4-13 載重實驗第二次試驗曲線圖
表 4-3 載重實驗第三次試驗 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 1.2 10 2.7
15 4.4 因加載重量，掛具有滑動至固定 20 8.3
40 12.7 20-40kg 增加 4.4cm 60 22.1 40-60kg 增加 9.4cm 70 26.6
75 28.7
75-80kg 增加 4.6cm 並持續增加，已達到降 80 33.3 伏
85 38.2 迅速再放一個已產生明顯位移
荷重-位移圖
0 20 40 60 80 100
0 5 10 15 20 25 30 35 40 位移(cm)
荷重(kg)
極限破壞 達降伏強度
強度不變
圖 4-14 載重實驗第三次試驗曲線圖
將先行扶手框受力變形與未受力先行扶手框做一比較，實驗後發生 變形以及產生破壞之位置從圖 4-15、4-16、4-17 可以明顯發現，先行扶 手框與掛具因受外力而變形，由以上結果，可得以下的小結：
1、材質:管壁較薄，導致人員出一推力即產生位移。
2、因力臂稍長、導致掛具與扶手框產生之應力過大而產生永久變 形。
4、規範參考(護欄):於任何方向加以七十五公斤之荷重，而無顯 著之變形。實驗結果已產生明顯變形並不符合國內護欄規範。
5、參考日本測試標準:在扶手框上放中間加一重錘, 重錘為 30 公斤 時,變位不得超過 100 公厘，破壞時之重錘重量不得低於 100 公 斤重【19】。測試結果在 30 公斤時變位約 100 公厘，結果破壞 時重錘約為 75-80 公斤重，並不符合規範。
已明顯彎曲
圖 4-15 損壞部位示意圖(一)
開口已變形
圖 4-16 損壞部位示意圖(二)
底部已產生脫離
圖 4-17 損壞部位示意圖(三)
4-4 改良型及新型實驗結果
一、國內型改良之先行扶手框
對於國內業者自行研發之扶手框，改良方式為先行扶手框支柱部份 裡面在套入一直徑較小之內管，增加先行扶手框支柱部份之厚度，如圖 4-18 所示：
圖 4-18 國內改良型套管示意圖 實驗結果：
實驗數據如表 4-4、曲線圖如圖 4-19，發現破壞位置與行為與前述實 驗相同，皆為扶手框的基腳以及掛具套管頂端，不同處為先行扶手框上 部也產生破壞(如圖 4-20)
1、實驗後發現此型式至 120kg 達到極限破壞(放置兩分鐘即又增加 1.1 公分位移)。
2、符合日本先行扶手框規範規定，30kg 位移 7.8cm，100kg 未破壞。
3、雖達到日本測試標準，但仍需致力於降低此型式所產生之大變形 (100kg 位移多達 31.4cm)，如圖 4-21。
4、增加厚度的方式確可提高扶手框的強度，但其效果不大，未來應可朝 增加管徑方式較為合理。
表 4-4 國內改良型載重測試實驗數據表 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 1.8 10 3
15 4.2 20 5.5 25 6.5 30 7.8 40 10.1 50 12.8
60 15.6 至 60kg，大約每加 5 公斤法碼增加 1.2cm 70 19.7
75 21.5 80 23.6 90 26.4 100 31.4 110 34.9
120 39.3 至 120kg，大約每加 5 公斤法碼增加 2.2cm 120 40.4 放置兩分鐘增加 1.1cm，並持續增加已達到降伏
荷重-位移圖
0 50 100 150
0 10 20 30 40
位移(cm)
荷重(kg)
50 強度不變
達降服強度
極限破壞
圖 4-19 國內改良型載重測試實驗曲線圖
圖 4-20 國內改良型載重測試實驗破壞示意圖
圖 4-21 國內改良型 100kg 之位移圖
二、新型先行扶手框
先行扶手框為施工架工程施工中之臨時構造物，用以當作勞工防護 護欄，以先行搭設的工法取代安全母索的使用，目前大部份用鋼管組合 而成，其他因其構造目的及特性亦有各種特定用途及材料所製成之先行 扶手框，如：鋁合金先行扶手框；此外，因為國內型先行扶手框組成構 件為掛具與扶手框搭配使用才能夠搭設，在搭設過程中有些許的不便 性，所以本研究在設計新型先行扶手框的同時，也把許多需要考慮的因 素加入，以下為新型先行扶手框的設計理念：
對於本研究所設計的新型扶手框，主要設計理念為：
1、一體成型的先行扶手框。
2、有效增加先行扶手框的強度而不增加呆重。
3、符合我國施工人員作業習慣，以及避免繁雜的步驟。
4、製作成本為業者所能接受。
先行扶手框因材質及組成構件不同，應分別予以設計、搭設、使 用、及管理，否則就無法得到其應有之經濟性與安全性的平衡，因此、
做新型先行扶手框設計的同時，必須考慮到先行扶手框搭設及拆除作業 上的安全性及工作效率，以確保施工架搭設過程之安全性，以增加其可 行性。
新型先行扶手框型式為一體成型，減少發生掉落的意外；此為留置 式搭設，規格為護欄型式，表 4-5、4-6 為新型先行扶手框規格及搭設流 程介紹：
表 4-5 新型先行扶手框規格
下部設計 1、尺寸規格：
圓管直徑：2.54cm 圓管厚度：0.2cm
上橫桿至中橫桿距離：40cm
扶手框置於水平踏板後高度：90cm 2、重量：
重量為 8.6kg，與國內型相當，國內 型為 8.7kg
勾於立架上橫桿的設計
表 4-6 新型先行扶手框搭設流程表 搭設流程
1、舉起勾於立架上 2、推置使先行扶手框立起
3、先行扶手框立起 4、固定下部設計處，完成
實驗結果：
本實驗準備了兩片新型先行扶手框，分別編上一號、二號進行試驗：
實驗一：使用新型先行扶手框一號測試
實驗二：使用新型先行扶手框一號測試，再測試一次 實驗三：使用新型先行扶手框二號測試
實驗數據如表 4-7、4-8、4-9，實驗曲線圖如圖 4-22、4-23、4-24 1、實驗一與二得到以下結論：(1)30kg 重位移 1.3-1.5cm
(2)75kg 重位移 4-4.1cm (3)100kg 重未達破壞
(4)至 140kg 皆為線性，未達到塑性 2、實驗三得到以下結論：(1)30kg 重位移 1.8cm
(2)75kg 重位移 4.3cm (3)100kg 重未達破壞
(4)至 120kg 皆為線性，但放置兩分鐘後，發 生掛鉤處斷裂
3、對於實驗三之結果，因為其主要受力位置的焊接處理並不妥當，導致 破壞的現象發生(如圖 4-25、4-26)，在此對新型扶手框做補強的工 作，並細部修正使新型先行扶手框更符合現況使用
4、對於本研究的新型先行扶手框，雖然國內並無相關規範，僅有護欄相 關規範來參考，護欄規範為：於任何方向加以七十五公斤之荷重，而 無顯著變形之強度。因其並無詳細說明，本研究之新型先行扶手框於 七十五公斤之荷重下產生 4.3 公分的位移視為無顯著變形；另外對於 日本的測試規範：在扶手框上放中間加一重錘，重錘為 30 公斤時，變 位不得超過 100 公厘，破壞時之重錘重量不得低於 100 公斤重，本研 究之新型先行扶手框符合規範要求。
表 4-7 新型扶手框一號第一次載重測試實驗數據表 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 0.2 10 0.5 15 0.8 20 1 25 1.3 30 1.6 40 2.1 50 2.9 60 3.4 70 3.9 75 4.1 80 4.3 90 4.8 100 5.2 120 6.1
140 7 至 140kg 皆為線性，未達到塑性
荷重-位移圖
0 50 100 150
0 2 4 6
位移(cm)
荷重(kg)
8 強度不變
圖 4-22 新型扶手框一號第一次載重測試實驗曲線圖
表 4-8 新型扶手框一號第二次載重測試實驗數據表 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 0.5 10 0.7 15 0.9 20 1.2 25 1.5 30 1.8 40 2.3 50 2.7 60 3.3 70 3.8 75 4 80 4.2 90 4.7 100 5.2 120 6
140 6.8 至 140kg 皆為線性，未達到塑性
荷重-位移圖
0 50 100 150
0 2 4 6
位移(cm)
荷重(kg)
8 強度不變
表 4-9 新型扶手框二號載重測試實驗數據表 法碼重量(kg) 位移(cm) 附註
5 0.2 10 0.6 15 0.9 20 1.2 25 1.5 30 1.8 40 2.5 50 3 60 3.4 70 3.9 75 4.3 80 4.5 90 5 100 5.6
120 6.7 至 120kg 皆為線性
120 10.7 放置兩分鐘後，發生掛鉤處斷裂
荷重-位移圖
0 50 100 150
0 2 4 6 8 10
位移(cm)
荷重(kg)
12 強度不變
掛鉤斷裂
圖 4-24 新型扶手框二號載重測試實驗曲線圖
圖 4-25 新型扶手框二號掛鉤斷裂示意圖(一)
圖 4-26 新型扶手框二號掛鉤斷裂示意圖(二)
4-5 結果比較分析
由國內型、國內改良型、新型的先行扶手框測試結果中，發現在抵 抗側向力的強度上，新型先行扶手框較為良好，分別為新型＞國內改良 型＞國內型；在受到相同的側向力作用下，新型先行扶手框發生位移較 小，位移產生的大小分別為國內型＞國內改良型＞新型；以下為本研究 所測試的三種先行扶手框結果比較分析，如表 4-10：
表 4-10 先行扶手框之結果比較分析表 先行扶手框型式介紹
國內型 國內改良型 新型
初始型，與掛具搭配搭 設
與初始型同，另加管徑 較小之內管增加厚度
設計後的一體成型新型 扶手框
先行扶手框結果比較分析
國內型 國內改良型 新型
重量 8.4kg 8.7kg 8.6kg
強度 70-80kgf 120kgf 140kgf 以上 國內護欄規範
75kgf 下位移 26-29cm 21.5cm 4-4.3cm
是否明顯變形 是 是 視為無顯著變形